电能质量概述讲解

电能质量讲座1．电能质量综述一、概述电能质量是通过电压来表征的,描述电力系统或供电系统性能和测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。主要包括：频率偏差；电压偏差；功率因数三相电压不平衡度；谐波（波形畸变）；电压波动与闪变；暂时过电压与瞬态过电压。1）频率我国规定50Hz正弦波为系统的标准频率，正常频率标准为50Hz±0.2Hz，系统容量较小时，可放宽到50Hz±0.5Hz。标准GB/T15945－1995《电力系统频率允许偏差》中并没有说明系统容量大小的界线，全国供用电规则中规定了供电局供电频率的允许偏差：电网容量在3000MW及以上者为0.2Hz，电网容量在3000MW以下者为0.5Hz。实际运行中，我国各跨省电力系统频率的允许偏差都保持在+0.1～-0.1Hz的范围内。2）电压电网中各点的电压调节不同与频率的调节，电网各点电压主要反映该点无功功率的供需关系，电压调节一般采取无功就地平衡的方式进行无功功率补偿，从源头上进行解决，同步发电机和变压器均具有调整电压的功能。3）三相不平衡度电力系统中三相电压的不平衡度，用电压或电流负序分量与正序的均方根百分数表示：%10012uuu其中，U1-三相电压正序分量方均根值U2－三相电压负序分量方均根值三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量在4％的状态下运行，由发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。4）电压波动和闪变电压波动和闪变是指电压幅值在一定范围内有规则的变动时，电压最大值与最小值之差相对额定电压的百分比，或电压幅值不超过0.9p.u.～1.0p.u.（标么值）的一系列随机变化。这种电压变化称为闪变，以表达电压波动对照明灯的视觉影响。5)谐波50Hz倍频的正弦波，是电能质量的重点问题。6）间谐波间谐波是指不是工频频率整数倍的谐波。间谐波往往由较大的电压波动或冲击非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷如电弧炉、电焊机，各种变频调速装置，同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波源。间谐波的特点是放大电压闪变和对音频干扰，造成感应电动机振动及异常。间谐波的危害等同与整数次谐波电压的危害，我国目前没有制定相应的国家标准对间谐波限值进行规定。7）暂时过电压和瞬时过电压（1）暂时过电压是指持续时间较长的不衰减和弱衰减的（以工频一定的倍数、分数）振荡的过电压。（2）瞬态过电压是指持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。暂时过电压和瞬态过电压是由于电力系统运行操作，或遭受雷击，或发生故障等因素引起的。8）电压暂降和电压上升（1）电压暂降是指由于系统故障或干扰造成用户持续时间0.5周波至1min内下降到额定电压或电流的10％～90％。即幅值为0.1p.u.～0.9p.u.（标么值）时系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平。（2）电压上升是指电压的有效值升至额定值的110％以上，典型值为额定值的110％～180％称为电压上升，即暂时超过标称值10％以上，系统频率仍为标称值，持续时间为0.5周波～1min，幅值为1.1p.u.～1.8p.u.。二、电压异常发电机发出的是三相交流正弦电压,某些因素会降低电压的质量,对于三相交流系统表现在以下四个方面：电压幅值短时或规律的改变；电压波形偏离正弦形状；三相电压不对称(三个线电压的幅值和相位发生偏移)；电压的频率偏离50Hz。电压不正常表现形式：1)电压跌落电压跌落是指电网电压突然降低,甚至达到电压零值。电压跌落通常由短路引起,发生短路后除了自身电网及下级电网受到影响外,相邻电网也会受到影响。短路后自动重合闸装置的动作时间一般为10ms～2s。如果用户馈线发生短路,则停电时间会长一些,因为需要检查线路和排除故障。2)电压不对称如果在三相电网的某一相或两相间接有大功率的负载,则会出现电压不对称。电压不对称会使电气设备(例如电动机)的热损耗增加和发生振动。3)缓慢电压改变由于负载的缓慢变化引起电压的改变,电力部门通常采用有载调压变压器,自动跟随电压的改变,使输出电压保持为额定值。低压电网中电压偏移的程度一般不应超过±10%。4)快速电压改变快速电压改变是指电压较小幅值(3%)的突然变化,或者规律性出现(电焊机),或者不规则出现(电弧炉)。这种快速的电压改变可以导致照明灯发生闪烁(闪变)。5)谐波电压产生谐波的设备主要有电视机、照明装置、变流器和电弧炉等。谐波使电压波形发生畸变,导致电气设备发生功能错误,使电动机、电容器和电缆增加热损耗。6)传输过电压由于线路或设备落雷会产生传输过电压,各种电气设备和开关的开闭操作也会导致传输过电压,其延续时间通常在微秒或毫秒范围。引起电压异常的原因：电网大气影响(例如雷电、风暴、雾霜等)其它外部影响(例如挖掘机损坏电缆,导致单相接地或断电)。相邻负载自身影响用户内部电网短路可导致供电中断,各种电气设备的关合操作也会产生相互干扰。电压不正常引起的短时影响：开关或接触器掉电变流器换相故障计算机计算错误,数据丢失线路损耗增加导线绝缘破坏甚至击穿并联电容器谐振过流电压不正常引起的长期影响：设备过热材料疲劳设备及绝缘材料过早老化在电压从额定值降低10%(长期)和30%(短时)的情况下,大多数设备能够正常工作,但某些敏感电气设备(例如工业控制计算机)在电压低于额定值的3%时可能会发生故障。三、干扰一个公用电网接有各种各样的负载,由于电网的传输特性,各个设备间的干扰是不可避免的。发射干扰的设备主要有变流器、电弧炉和电焊机等,尤其是电力电子装置的使用越来越多,对电网产生污染。四稳态电能和暂态电能问题电能质量问题可以划分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问题。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，是电能质量的主要方面，影响范围广，程度深，其主要性能指标是：电网频率、电压偏差、不平衡度、谐波、电压闪变。暂态电能质量问题通常是以频谱和持续时间为特征，它属于稳态电能质量问题的延伸，暂态电能质量问题其实质就是暂态电压质量问题，或者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的系统冲击问题，其主要性能指标是：电压瞬变、电压闪变、电压骤升、骤降及瞬时电压中断。瞬态：半个周波（10ms)以内暂态：从10ms到1min稳态：1min以上电压暂时的变化类别频谱条件持续时间电压大小脉冲纳秒5nsrise50ns微秒1μsrise50ns~1ms毫秒0.1msrise1ms振荡低频5KHZ0.3~50ms0~4pu中频5~500KHZ20μs0~8pu高频0.5~5MHZ5μs0~4pu电压长时变化类别持续时间电压大小持续中断1min0.0pu欠电压1min0.8to0.9pu过电压1min1.1to1.2pu2电能质量监督标准体系GB12325-2003《电能质量供电电压允许偏差》GB12326-2000《电能质量电压波动和闪变》GB/T14549－1993《电能质量公用电网谐波》GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15945-1995《电能质量电力系统频率允许偏差》GB/T18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》GB/T19862-2005《电能质量监测设备通用要求》电综【1998】211号电网电能质量技术监督管理规定电能源【1998】18号电力系统电压和无功电力管理条例SD126－1984电力系统谐波管理暂行规定DL755-2001电力系统安全稳定导则DL/T1053-2007电能质量技术监督规程2.1《GB/T15945—95电能质量电力系统频率允许偏差》一般不得超过±0.2Hz，最大可放宽至±0.5Hz2.2《GB12325—90电能质量供电电压允许偏差》1）发电厂和变电站的母线电压允许偏差值330kV及以上变电站母线电压允许偏差值．330kV及以上变电站母线正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统标称电压的+10％：最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调整。2）发电厂和330kV及以上变电站的中压侧母线电压允许偏差值。发电厂220kV母线和330kV及以上变电站中压侧母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统标称电压的0～+10％；非正常运行方式时为系统标称电压的-5％～十l0％。3）发电厂和220kV变电站的35kV～110kV母线电压允许偏差值。发电厂和220kV变电站的35kV～1l0kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统标称电压的-3％～+7％；非正常运行方式时为系统标称电压的±10％。4）发电厂带地区供电负荷的和变电站的10(6)kV母线电压允许偏差值。在正常运行方式时，应使所带线路的全部高压用户和经配电变压器供电的低压用户的电压，均能符合6.1.1中的规定值，一般可按0～+7％考虑。2.3《GB/T14549—93电能质量公用电网谐波》380V系统电压总谐波畸变率小于5.0％，奇次谐波电压含有率小于4.0％，偶次谐波电压含有率小于2.0%。2.4《GB/T15543—95电能质量三相电压允许不平衡度》电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%。短时不得超过4%。电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定。例如旋转电机按GB755《旋转电机基本技术要求》规定。2.5《GB12326—2000电能质量电压允许波动和闪变》1）波动概念：波动负荷，运行过程中从供电网中取用快速变动功率的负荷。例如：炼钢电弧炉、轧机、电弧焊机等。电压波动频度r，单位时间内电压变动的次数。电压变动d，电压变动特性上，相邻两个极值电压之差，d用百分数表示时，基数是标称电压。表电压变动限值2）闪变略3电压偏差与频率偏差电压偏差即为实际供电电压与额定供电电压之间的差值。引起电压偏差的因素有无功功率不足、无功补偿过量、传输距离过长、电力负荷过重等，其中无功功率不足和无功过剩是造成电压偏差的主要原因。随着负荷增长和电力市场的开放,电压偏差越来越受到电力部门的重视。在稳态条件下,各发电机同步运行,整个电力系统的频率可以视为相同。频率是一个全系统一致的运行参数。电力系统频率偏差是指电力系统内的实际频率与标称频率之间的偏差。引起电力系统频率偏差的主要原因是负荷的波动,主要包括变化周期在10s～3min的负荷脉动和变化十分缓慢的持续变动分量且带有周期规律的负荷。频率对电力系统负荷的正常工作有广泛的影响,系统某些负荷以及发电厂厂用电负荷对频率的要求非常严格。要保证用户和发电厂的正常工作就必须严格控制系统频率,使系统频率偏差控制在允许范围之内。3.1电力系统电压与频率偏差造成的影响3.1.1电力系统电压偏差的影响用电设备是按照额定电压进行设计、制造的。如照明常用的白炽灯、荧光灯,其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。图1中的曲线表示白炽灯和荧光灯端电压变化时,其光通量、发光效率和寿命的变化。白炽灯对电压变动很敏感。从图1中可看出,当电压较额定电压降低5%时,白炽灯的光通量减少18%;当电压降低10%时,光通量减少30%,照度显著降低。当电压较额定电压升高5%时,白炽灯的寿命减少30%;当电压升高10%时,寿命减少50%,这将使白炽灯损坏的数量显著增加。图1照明灯的电压特性许多家用电器(如洗衣机、电风扇、空调机、电冰箱、抽油烟机等)内的单相异步电动机,电压过低会影响电动机的起动,使转速降低、电流增大,甚至造成绕组烧毁的后果;电压过高,有可能损坏绝缘或由于励磁过大而发生过电流。3.1.2对电力系统稳定运行的影响电力系统维持同步运行的能力与电网电压水平有很大的关系,即：sinEqUsPX式中P：三相功率E：发电机电动势U：系统线电压δ：E、U之间相位角XΣ：线路总阻抗式(1)称为单机无穷大系统功角特性。当电力系统结构确定,即XΣ已确定的情况下,提高系统电压及发电机电动势(发电机端